شکل‏ دهی و چرخش پرتوی الکترومغناطیسی با استفاده از فراسطح کدگذاری شده دو بیتی مبتنی بر گرافن در باند تراهرتز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق، گروه مخابرات، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

2 گروه مخابرات، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در این مقاله، روشی برای طراحی فراسطوح تنظیم‏پذیر و قابل کدگذاری، برای کاربردهای کنترل پرتوی امواج الکترومغناطیسی در محدوده فرکانسی تراهرتز ارائه شده است. سلول واحد به کاررفته، مبتنی بر گرافن شامل نوارهای مجزایی است که به صورت مستقل قابل بایاس هستند. در نتیجه، یک ساختار دوبیتی با اختلاف فاز 90 درجه بین حالت ‏های متوالی به دست می ‏آید که در پیاده‏ سازی دو فراسطح کنترل‏پذیر با قابلیت چرخش و شکل‏ دهی پرتو، استفاده می ‏شود. شکل ساده سلول واحد پیشنهادی مزیت مهمی در قابلیت پیاده‏ سازی عملی ساختار، به شمار می ‏رود. همچنین، جهت درک بهتر عملکرد نوارهای گرافنی، مدار معادل سلول واحد ارائه می‏ شود. در پاسخ بازگشتی سلول واحد در بازه فرکانسی 1/3 تا 1/55 تراهرتز، اختلاف فاز ۹۰ درجه با خطای کمتر از ۱۰ درجه و پاسخ دامنه نیز در این بازه بین 0.74 تا 0.87 حفظ شده است. یک روش تئوری مبتنی بر قانون شکست اسنل تعمیم‏ یافته برای بررسی صحت نتایج شبیه‏ سازی تمام ‏موج مورد استفاده قرار گرفته است. زاویه شکست پرتو در فراسطح اول با ساختار نواری شکل را می ‏توان با تغییر اختلاف فاز در راستای x و y فراسطح کنترل کرد که این امر مستلزم استفاده از زیرشبکه‏ هایی با ابعاد متفاوت است. زاویه بازتابی در راستای تتا برای این چیدمان از فراسطح، به ازای ابعاد مختلف شبکه از 9 تا 25 درجه تغییر می ‏کند. در فراسطح دوم چیدمان سلول‏ها به گونه‏ ای است که پرتوی گردابی با مد 1+ حاصل می‏ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Electromagnetic beam shaping and steering using graphene-based two-bit coded metasurface in the terahertz band

نویسندگان [English]

  • Raheleh Basiri 1
  • Shahrokh Jam 2
  • Seyed Saeed Efazat 2
1 Department of Electrical Engineering, Communication Engineering, Shiraz university of Technology, Shiraz,, Iran
2 Communication Group, Department of Electrical Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
چکیده [English]

In this paper, a design procedure is presented for design of tunable coding metasurface for beam controlling applications in terahertz frequencies. The designed unit cell is a graphene-based structure consisting of individual ribbons that can be independently biased. As a result, a two-bit structure with phase difference between adjacent states is obtained, which is used in the implementation of two controllable metasurfaces with beam steering and shaping abilities. The simple shape of the proposed unit cell is an important benefit for practical implementation of the metasurface. Moreover, the equivalent circuit model of the unit cell is presented to better understand the performance of graphene ribbons. In the reflection response of the cell and in the frequencies between 1.3 to 1.55 THz, the phase difference of with an error less than is kept between adjacent states while the normalized amplitude is between 0.74 to 0.87 in the desired frequency band. A theoretical method based on the generalized Snell's law has been used to verify the validity of the full-wave simulation results. The refraction angle of the beam in the first metasurface may be controlled by changing the phase difference along x and y directions of the metasurface. This subject requires the use of lattices with different dimensions. The reflected angle of beam varies in the range of 9 to 25 degrees with changing the size of lattice. In the second metasurface the cells are arranged in such a way that a vortex beam with l=+1 is obtained.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Terahertz
  • Metasurface
  • Controllable
  • Graphene